2.effetti fisici e_biologici

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Corso per esposti in Risonanza Magnetica (3-4) - Domodossola, dicembre 2008

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2.effetti fisici e_biologici

  1. 1. Domodossola, 4 dicembre 2008Effetti fisici e biologici della RMN Luca Gastaldi S.S. Fisica Sanitaria – ASL BI Ospedale degli Infermi - Biella
  2. 2. Tipologie di campo magneticoCampo magnetico statico Molto intenso (fino a 2 Tesla) per le apparecchiature diagnostiche (6 ordini di grandezza superiore al valore del campo magnetico terrestre che varia da 30 a 70 mT a seconda della posizione geografica)Campi magnetici di gradiente Variabili nel tempo (picchi fino a 20 T/s) a bassa frequenzaCampi magnetici a radiofrequenza (RF) Oscillanti tra 1 e 100 MHz
  3. 3. Campo magnetico statico
  4. 4. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (1)1. Effetti fisici microscopici Effetti biologici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche2. Effetti meccanici / fisici macroscopici3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
  5. 5. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (2)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche Sistemi molecolari dotati di suscettività magnetica possono orientarsi relativamente alla direzione del campo magnetico statico Tale orientamento è stato osservato in vitro nei bastoncelli della retina in campi statici di 1 T, ma non in vivo.2. Effetti meccanici / fisici macroscopici3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
  6. 6. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (3)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche F = q (v x B) Gli ioni dei 2 segni, trasportati dal flusso sanguigno, tendono a concentrarsi sulle pareti opposte dei vasi. Tra le 2 pareti si instaura quindi una differenza di potenziale pari a : d.d.p. = v · B · d dove d è il diametro del vaso sanguigno. Si ha un’alterazione dell’onda T del tracciato elettrocardiografico2. Effetti meccanici / fisici macroscopici3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
  7. 7. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (4)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche Separazione delle linee spettrali per l’effetto di un campo magnetico esterno Può produrre alterazioni nella cinetica di reazioni chimiche che coinvolgono coppie di specie chimiche intermedie, con la possibilità di ottenere prodotti di reazione potenzialmente dannosi Non sono stati riportati effetti su reazioni di significatività biochimica, per cui la rilevanza sanitaria di questo effetto non è chiara.2. Effetti meccanici / fisici macroscopici3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
  8. 8. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (5)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche2. Effetti meccanici / fisici macroscopici Forze di roto-traslazione che agiscono su qualsiasi materiale ferromagnetico posto all’interno del campo magnetico statico Nel corpo del paziente protesi metalliche, clips cerebrali, ecc. di cui il paziente è normalmente a conoscenza schegge metalliche, della cui presenza il paziente può non essere consapevole Esterno al corpo del paziente Oggetti metallici immessi indebitamente in sala esami3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
  9. 9. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (5)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche2. Effetti meccanici / fisici macroscopici Ogni oggetto ferromagnetico all’interno del corpo del paziente è soggetto a forze di trazione e di rotazione che possono costituire un serio pericolo per il paziente stesso Ogni oggetto ferromagnetico introdotto indebitamente in sala esami può essere attratto dal campo e acquistare velocità tali da costituire un pericolo non solo per il paziente, ma anche per gli operatori sanitari EFFETTO PROIETTILE3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati
  10. 10. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (6)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche2. Effetti meccanici / fisici macroscopici3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantati Potenziali rischi dovuti allinterferenza di campi magnetici con dispositivi elettronici Si dovrebbe evitare che persone con pace maker impiantati possano risultare esposti ad induzioni magnetiche superiori a 0.5 mT
  11. 11. Campo magnetico statico : effetti fisici e biologici (7)1. Effetti fisici microscopici  Effetti di orientamento di sistemi molecolari  Forza di Lorentz sugli ioni che fluiscono nel corpo  Effetto Zeeman su molecole coinvolte in reazioni chimiche2. Effetti meccanici / fisici macroscopici3. Effetti di interferenza su dispositivi elettronici impiantatiIn conclusione : Gli unici rischi reali per il paziente, connessi al campo magnetico statico, sono quelli dovuti alla presenza di dispositivi elettronici impiantati o corpi ferromagnetici estranei nel corpo del paziente stesso
  12. 12. Campo magnetico statico : limiti di esposizioneSulla base del D.M. 2/08/91 : Parte Intensità campo Durata massima esposta esposizione corpo 200 mT 1h/giorno corpo 2T 15 min/giorno arti 2T 1h/giorno
  13. 13. Campo magnetico statico : considerazioni (1) L’installazione di Domodossola (Magnetom Symphony 1.5T) : 0.6 -1.0 T1.5 T0.6 mT 0.1 mT 0.3 mT
  14. 14. Campo magnetico statico : considerazioni (2)Per il posizionamento del paziente sono necessari circa 3 minuti In questo lasso di tempo l’operatore staziona con il corpo in una zona con campo magnetico compreso tra i 30 e i 400 mTNell’ipotesi peggiore e secondo il D.M. precedentemente citato,relativamente ai limiti di esposizione a corpo intero, l’operatore nonpuò permanere in tale luogo più di 30 min. ogni giornoQuindi ciascun operatore può posizionare un massimo di 10 pazientiin un giorno. I limiti per gli arti risultano ampiamente rispettati
  15. 15. Campi magnetici di gradiente
  16. 16. Campi magnetici di gradiente (1) Caratteristiche :  Variabili nel tempo (con picchi fino a 20 T/s)  A bassa frequenza (ELF, 0 – 300 Hz) Principale effetto fisicoInduzione di correnti nel corpo umano
  17. 17. Campi magnetici di gradiente (1) Caratteristiche :  Variabili nel tempo (con picchi fino a 20 T/s)  A bassa frequenza (ELF, 0 – 300 Hz) Principale effetto fisicoInduzione di correnti nel corpo umanoStimolazione dei tessuti muscolari enervosi elettricamente eccitabili
  18. 18. Campi magnetici di gradiente (2)Affinché si verifichi la stimolazione, la densità di corrente elettrica deveessere superiore ad un determinato valore Effetti a soglia
  19. 19. Campi magnetici di gradiente (2)Affinché si verifichi la stimolazione, la densità di corrente elettrica deveessere superiore ad un determinato valore Effetti a soglia Si possono fissare dei limiti di esposizioneAlcuni esempi :Fibrillazione ventricolare J > 1000 mA/m2 (4 – 1000 Hz)Stimolazione dei nervi periferici J > 100 mA/m2 (4 – 1000 Hz)
  20. 20. Campi magnetici a radiofrequenza
  21. 21. Campi magnetici a radiofrequenza (1) Radiofrequenza Tessuto biologico Si ha principalmente un effetto termico, quindi : Rilascio di calore con innalzamento locale della temperaturaEffetti a soglia :affinché la temperatura dei tessuti costituenti il corpo umano aumentisignificativamente, il calore generato per assorbimento di energiaelettromagnetica deve essere tale che il sistema termoregolatore nonriesca a smaltirlo efficientemente.
  22. 22. Campi magnetici a radiofrequenza (2)L’aumento di temperatura dipende da :  Rateo di assorbimento specifico di energia (SAR)  Sistema di termoregolazione  Stato fisiologico  Condizioni ambientali :  Temperatura esterna Necessità di monitorare  Umidità le condizioni ambientali durante l’esame  Ventilazione
  23. 23. Campi magnetici a radiofrequenza (3)Aumento di temperatura nei tessuti :
  24. 24. Campi magnetici a radiofrequenza : dosimetria (1)Per la dosimetria dei campi elettromagnetici a RF si utilizza il SARS.A.R. (Specific Absorption Rate) È il tasso di assorbimento specifico di energia elettromagnetica nei tessuti. Si misura in W/kg È la grandezza più appropriata in relazione agli effetti termici Dipende da frequenza, intensità, forma d’onda, tipo di tessuto, ecc. Studi sperimentali su animali mostrano effetti sul comportamento per SAR > 4 W/kg. Questo valore corrisponde ad un aumento della temperatura corporea non superiore a 1° C Il corpo umano può ben tollerare un aumento di temperatura < 1 °C, o < 0.5 °C nel caso di bambini, donne in gravidanza e persone con difetti del sistema cardiocircolatorio (IRPA/INIRC 1991)
  25. 25. Campi magnetici a radiofrequenza : dosimetria (2)Limiti di Legge normativa italiana : D.M. 3/08/93 per mantenere il rialzo di temperatura entro 0.5 °C, il SAR mediato sul corpo intero non deve superare : 1 W/kg per esposizioni > 30 min 2 W/kg per esposizioni < 15 min. la temperatura locale non deve superare i 38°C nella testa SAR < 2 W/kg (esposizioni > 30 min) 39 °C nel tronco SAR < 4 W/kg (esposizioni > 30 min) 40 °C negli arti SAR < 6 W/kg (esposizioni > 30 min) questi valori raddoppiano per esposizioni di durata inferiore a 15 min.
  26. 26. Campi magnetici a radiofrequenza : dosimetria (3)Realisticamente… Effettuare misure accurate del SAR da parte dell’utilizzatore è veramente un arduo problema !!!ma fortunatamente… La norma CEI EN 60601-2-3 ha introdotto i “Modi di funzionamento”I costruttori si sono quindi adeguati adottando : 1. Visualizzazione del “Modo di funzionamento” in fase di impostazione della sequenza di acquisizione 2. Introduzione di blocchi software e/o hardware in caso di superamento dei limiti 3. Fornitura di certificazioni di conformità alla norma CEI
  27. 27. ConclusioniLe procedure diagnostiche RM comunemente utilizzate possono essereconsiderate a basso rischio per il paziente. ma…I rischi associati alle forze di attrazione e rotazione su oggetti metallicipresenti nel corpo del paziente, e alle interferenze su dispositivi mediciimpiantati DEVONO essere evitatiEVENTUALI INCIDENTI DI QUESTO TIPO SONO DA CONSIDERARSICAUSATI DA GRAVE NEGLIGENZA DEGLI OPERATORI
  28. 28. grazie per l’attenzione

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